CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ Ô NHIỄM KHÔNG KHÍ
1.2. Các phương pháp nghiên cứu chất lượng không khí
1.3.2. Các tiêu chí lựa chọn chất chỉ thị sinh học
Theo lý thuyết, các sinh vật chỉ thị được sử dụng để xác định hàm lượng các nguyên tố vết trong không khí phải đáp ứng được một số tiêu chí lựa chọn sau [33]:
- Sinh vật được chọn phải có độ phổ biến cao trong môi trường.
- Sinh vật được chọn phải có sẵn trong tự nhiên tại tất cả các mùa trong năm. Bởi vì một số thực vật phân chia bậc thấp phải phát triển để chống trọi lại thời tiết khắc nghiệt.
- Sinh vật được chọn nên có khả năng chịu đựng ô nhiễm ở các mức độ khác nhau.
Luận văn thạc sĩ 13
Bên cạnh những tiêu chí quan trọng, còn có những yêu cầu khác như [13]:
- Sự thay đổi sinh học của sinh vật được chọn nên được giới hạn.
- Sinh vật được chọn phải có hàm lượng các nguyên tố thấp hoặc không có.
- Đảm bảo không có sự hấp thụ nguyên tố từ các nguồn khác ngoài không khí.
- Phương pháp lấy mẫu và treo mẫu nên đơn giản và nhanh chóng.
1.3.3. Rêu là sinh vật chỉ thị
Rêu là một loại thực vật không có hoa, phát triển mạnh trong môi trường ẩm ướt và đã được sử dụng như một sinh vật chỉ thị để nghiên cứu ô nhiễm không khí. Rêu có các tính chất phù hợp để trở thành một sinh vật chỉ thị như:
- Rêu có khả năng tích tụ các kim loại nặng hiệu quả [21, 42].
- Rêu hấp thụ các chất gây ô nhiễm chủ yếu theo cách thụ động thông qua trao đổi ion tự do qua lớp biểu bì phát triển kém của rêu [22].
- Rêu không có rễ thực sự, do đó chúng không thể hấp thụ chất dinh dưỡng trực tiếp từ đất.
- Chất dinh dưỡng được hấp thụ từ không khí thông qua Rêu có tỷ lệ bề mặt trên khối lượng lớn, điều này sẽ cải thiện khả năng hấp thụ không khí của rêu.
- Rêu có tốc độ tăng trưởng chậm cho phép chúng có khả năng tích tụ các chất ô nhiễm trong một khoảng thời gian dài.
- Trong suốt thời gian sống, sự thay đổi về cấu trúc, hình thái học của rêu là không đáng kể. Điều này sẽ không làm ảnh hưởng tới hàm lượng cũng như mức độ hấp thụ không khí của rêu.
- Rêu có khả năng sinh tồn cao và phân bố rộng ở nhiều nơi. Điều này rất thuận tiện cho việc lấy mẫu.
Luận văn thạc sĩ 14
1.3.4. Khả năng áp dụng rêu trong nghiên cứu ô nhiễm không khí a) Trên thế giới
Với những ưu điểm như: tương đối dễ dàng trong việc lấy mẫu, không cần dùng đến các thiết bị phức tạp và tốn kém cùng khả năng tích lũy theo thời gian của rêu đã giúp cho việc nghiên cứu các nguyên tố vết trong không khí, trong tương lai và đặc biệt là trên diện rộng càng thêm thuận lợi.
Ở châu Âu, nghiên cứu đầu tiên được thực hiện ở Scandinavia vào cuối năm 1960, sau đó cuộc khảo sát đầu tiên ở cấp độ quốc gia được thực hiện tại Thụy Điển, Na Uy và Đan Mạch cuối những thập niên 70 và 80 [34]. Trong những năm 1980 – 1990, nghiên cứu được mở rộng trên khắp các nước Bắc Âu và hầu hết các nước Châu Âu [10]. Các loại rêu được sử dụng để thu nhận thông tin về sự lắng đọng của các kim loại nặng của một khu vực, sự thay đổi mô hình lắng đọng, sự lan tỏa của các chất phát thải và nguồn gốc phát thải khu vực.
Một lượng lớn các nghiên cứu về ô nhiễm kim loại nặng sử dụng rêu tại các vùng miền khác nhau cũng đã được thực hiện ở Bắc Mỹ [32]. Ngoài các cuộc điều tra quốc gia, một số cuộc điều tra khu vực cũng được thực hiện trên các yếu tố khác ảnh hưởng đến hàm lượng [42]. Tại Winscosin (Mỹ), công nghệ túi rêu đã được sử dụng để giám sát ô nhiễm kim loại nặng, lưu huỳnh và nito sử dụng loại rêu Sphagnum [26]. Các nghiên cứu tương tự cũng được thực hiện ở Rumani, Nga và Bulgari [14]. Hình 1.4 là hình ảnh túi rêu được treo tại Belgrade, Serbia (a) và tại Phần Lan (b).
Luận văn thạc sĩ 15
Hình 1. 4. Hình ảnh treo mẫu rêu tại Belgrade, Serbia (a) và tại Phần Lan (b)
Ấn Độ là một nước có nhiều hình dạng địa lý khác nhau giúp duy trì một hệ thực vật đa dạng. Tại đây, phương pháp quan trắc sinh học sử dụng rêu cũng đã được tiến hành để giám sát hàm lượng các nguyên tố vết [12, 13]. Nghiên cứu đã được tiến hành ở Mumbai, một đô thị ở miền Tây Ấn Độ.
b) Tại Việt Nam
Hiện nay ở nước ta đã có một số công trình nghiên cứu chất lượng không khí sử dụng chất chỉ thị sinh học rêu. Trong những năm từ 2002 đến 2005, TS.Nguyễn Việt Hùng (Trường Đại học Y tế Công cộng) khi thực hiện đề tài luận án tiến sĩ tại Trường Đại học Franche – Comte (Pháp) đã cùng nhóm nghiên cứu ở Cộng hòa Pháp triển khai đề tài nghiên cứu ô nhiễm không khí sử dụng cây rêu loại Balbula indica tại tỉnh Hà Nội và tỉnh Thái Nguyên, Việt Nam.
Năm 2016, trong bản luận văn thạc sĩ của mình, tác giả Nguyễn Quốc Huy đã trình bày công trình nghiên cứu sử dụng loại rêu Barbula indica được lấy tại tỉnh Thừa Thiên Huế và tỉnh Lâm Đồng, Việt Nam để nghiên cứu khả năng áp dụng chỉ thị sinh học rêu trong việc khảo sát ô nhiễm kim loại nặng trong không khí. Rêu sau khi được xử lý sẽ được ép bằng máy ép để tạo khối. Hàm lượng kim loại nặng trong mẫu rêu được xác định bằng phương pháp phân tích kích hoạt nơtron trên lò phản ứng hạt nhân IBR – 2 thuộc Phòng thí nghiệm Vật lý Nơtron của Viện Liên hợp Nghiên cứu Hạt nhân Đubna (Nga) [4].
Luận văn thạc sĩ 16
Các nghiên cứu mà tác giả đã trình bày ở trên đều sử dụng rêu tươi để nghiên cứu hàm lượng kim loại nặng trong không khí. Phương pháp này có ưu điểm là thời gian cho ra kết quả nhanh nhưng tồn tại một nhược điểm đó là giới hạn địa điểm khảo sát. Bởi lẽ thật khó có thể tìm được rêu tự nhiên mọc tại các thành phố lớn. Ngoài ra, các mẫu rêu sẽ bị ảnh hưởng bởi các điều kiện khí hậu khác nhau trong việc tích tụ kim loại [35]. Để cải thiện ít nhất một trong các vấn đề này các nhà nghiên cứu đã sử dụng phương pháp dịch chuyển mẫu, tức là các mẫu rêu được lấy từ môi trường tự nhiên sẽ được đưa tới các khu vực cần thông tin về sự ô nhiễm kim loại. Phương pháp sử dụng rêu sạch đặt trong túi lưới và đem đi phơi ở địa điểm cần nghiên cứu được gọi là phương pháp túi rêu (moss – bag). Phương pháp này dựa trên hai nguyên tắc: thứ nhất là rêu khô sẽ giữ được lượng kim loại đã hấp thụ [37], và thứ hai là nồng độ kim loại nặng trong rêu cũng tương quan tốt với mức khí quyển [8, 38, 42].
Trong khuôn khổ luận văn, tác giả đã sử dụng loại rêu Sphagnum được lấy ở độ cao 1000m tại xã Tả Củ Tỷ, huyện Bắc Hà, tỉnh Lào Cai. Mẫu rêu sau đó sẽ được xử lý và được đóng vào trong các túi lưới để đem đi treo ở 07 địa điểm trên địa bàn Hà Nội. Phương pháp phân tích tia X gây bởi chùm hạt (Particle Induced X-rays Emission – PIXE) được sử dụng để phân tích hàm lượng kim loại có trong mẫu rêu. Hình 1.5 là ảnh chụp mẫu rêu Sphagnum.
Hình 1. 5. Hình ảnh mẫu rêu Sphagnum